Цепи постоянного тока

Электрической цепью называется совокуп­ность соединенных между собой элементов, предназначен­ных для выработки, передачи, преобразования и использо­вания электрической энергии. Простейшая электрическая цепь состоит из трех элементов: источ­ника электроэнергии, электроприемника (потребителя энергии) и соединительных проводов (рис. 1).

Электрическая схема представляет собой графическое изображение элемен­тов электрической цепи.

Для удобства чтения и изображения электрических схем все элементы имеют единые условные графические обозна­чения по ГОСТам Единой системы конструкторской документации.

Цепь состоит из источника элект­рической энергии Е, приемника электрической энергии R, соединительных проводов и устройства К для замы­кания и размыкания цепи. Источник электрической энергии предназначен для преобразования различных видов энер­гии в электрическую.

К приемникам электрической энергии относятся: лам­пы электрического освещения, в которых энергия преобра­зуется в световую и тепловую; электродвигатели, где энер­гия преобразуется в механическую, и т. д.

Соединительные провода изготовляют из меди, алюми­ния и стали. Они бывают изолированные и голые.

Для замыкания и размыкания цепи служат коммута­ционные аппараты — рубильники, выключатели, реле, контакторы. Кроме того, в электрическую цепь могут вклю­чаться устройства защиты (предохранители, автоматиче­ские выключатели, реле и т. д.) и различные измеритель­ные приборы — амперметры, вольтметры и т. д.

Электрический ток представляет собой упо­рядоченное движение заряженных частиц; такими части­цами в металлах являются электроны, а в жидкостях и га­зах также и ионы.

Интенсивность электрического тока ха­рактеризуется силой тока. Силой тока называется величина, численно рав­ная количеству электричества, проходящего через попереч­ное сечение проводника в единицу времени (А):

Если ток с течением времени не изменяется по значе­нию и направлению, то его называют постоянным.

Для измерения силы тока применяют амперметры. За положительное направление постоянного электрического тока условно принимается направление, обратное движению электронов т.е. ток по внешней цепи проте­кает от зажима источника энергии, обозначаемого знаком «+» (положительный полюс), к зажиму, обозначаемому «—» (отрицательный полюс). При этом в замкнутой электрической цепи положительные элект­рические заряды (ионы в электролите) будут двигаться от положительного полюса источника питания к отрицатель­ному, если положительный имеет более высокий потенциал, чем отрицательный.

Для расчетов электрических цепей необходимо знать плотность тока, определяемую как отношение силы тока к поперечному сечению проводника, по которому он про­ходит (А/м²):

В самом источнике заряды должны перемещаться в об­ратном направлении — от отрицательного полюса к по­ложительному, т. е. от точки с низшим потенциалом к точке с высшим. Перемещение зарядов внутри источника проис­ходит под действием неэлектрических сил, связанных с преобразованием различных видов энергии в электриче­скую. Величину, равную энергии, сообщаемой единице электрического заряда внутри источника питания (генера­тор, гальванический элемент), называют электродвижущей силой (э. д. с). Численно э. д. с. равна отношению ра­боты А' неэлектрических сил к величине перемещаемого внутри источника заряда:

При разомкнутой цепи, т. е. при отсутствии в ней тока, э. д. с. Е равна напряжению на зажимах источника энер­гии.